三种小蠹同域生存的化学生态学机制

摘要

小蠹是重要的林业害虫之一，它们不仅严重影响松树的健康生长，也对生态环境造成巨大威胁。分布在我国西南地区的横坑切梢小蠹Tomicus minor，云南切梢小蠹T.yunnanensis和短毛切梢小蠹T.brevipilosus同域危害寄主云南松Pinus yunnanensis，给当地林业生产和生态环境带来巨大损失。本研究从三种切梢小蠹蛀梢期和蛀干期种内和种间关系入手，采用行为生态学、化学生态学和分子生态学多学科交叉方法研究了同域竞争和共存的三种切梢小蠹种内和种间关系及其化学生态学机制，并从转录组水平分析挖掘了与切梢小蠹竞争与共存有关的调节信息化学物质生物合成的关键基因，为三种切梢小蠹的行为调控的分子技术打下基础，并最终将具有高活性的切梢小蠹聚集信息素和抗聚集信息素用于“推-拉”防治策略的实践中，以期找出管理切梢小蠹种群和危害的更好的办法。研究结果如下:　　(1)重度受害样地中云南切梢小蠹种群密度显著高于横坑切梢小蠹，在轻度受害样地则相反;传统聚集指标法结果显示共域竞争共存的三种切梢小蠹种群在不同受害程度云南松中均为聚集分布，横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹聚集是由环境因素和昆虫本身的聚集习性引起;地统计学结果表明除重度受害样地中短毛切梢小蠹呈随机分布外，其余在不同种群密度下均呈聚集分布，除重度受害样地横坑切梢小蠹外，其余空间依赖范围为4.01～7.45m。横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹在不同受害林分中拟合的半变异函数模型在球形模型和高斯模型之间转换。竞争共存关系不影响不同种群密度下的切梢小蠹种群空间分布格局，但影响其半变异函数模型和理论参数。　　(2)横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹侵入树干时分布均随时间推移呈现出动态变化过程。横坑切梢小蠹虫口密度在树干不同高度差异鼎著:而云南切梢小蠹则在蛀干后期差异显著。三种切梢小蠹雌、雄虫及其不同性别在时空资源的利用上存在差异。横坑切梢小蠹的竞争能力明显强于云南切梢小蠹，其时间生态位宽度大于云南切梢小蠹，但在空间资源利用上弱于后者。三者在1月份竞争最激烈。相对于云南切梢小蠹，横坑切梢小蠹在梢转干期对空间资源的竞争能力不足通过对时间资源序列竞争的增强来弥补，短毛切梢小蠹竞争力鼓弱。　　(3)三种切梢小蠹均对同种同性别的小蠹具有明显的趋性，其他小蠹的加入均会抑制这种吸引行为。自然条件下横坑切梢小蠹，云南切梢小蠹和短毛切梢小蠹雌雄虫后肠中反式-马鞭草烯醇的平均含量分别为0.19和O.09，0.22和O.05ng/μL。当横坑切梢小蠹雌虫与各小蠹互作后，前者后肠含量增加至16.74～292.71ng/μL。各切梢小蠹互作后后肠中马鞭草烯酮的含量也相应增加。云南切梢小蠹后肠中的含量明显低于横坑切梢小蠹。横坑切梢小蠹，云南切梢小蠹和短毛切梢小蠹分别对1，O.1和1ng/μL的顺式-，反式-马鞭草烯醇有更强的趋性，均对所有浓度的马鞭草烯酮没有行为反应，但其加入顺式-和反式-马鞭草烯醇后能够抑制吸引。　　(4)在野外调查中发现当种群密度高时会出现一梢多虫现象。横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹种群种内竞争和共存时，两蛀孔之间的距离均集中在2cm左右。室内生物测定表明相比同种同性别的切梢小蠹雌虫之间的距离为2cm的间隔距离时同种小蠹之间的趋向次数显著低于5cm和10cm时。横坑切梢小蠹雌虫后肠中反式-马鞭草烯醇和马鞭草烯酮的绝对含量在蛀孔相距2cm时显著高于对照组和更长距离。通过GC-EAD分析，两种切梢小蠹雌、雄虫均对反式马鞭草烯醇和马鞭草烯酮反应强烈。　　(5)采用Illumina测序平台进行了横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹种内和种间互作24和48h后肠道和脂肪体的转录组测序分析，总共获得204.14Gb条测序序列C1ean Data，Q30碱基百分比在92.44％及以上，采用Trinity软件组装后共获得56，917条unigene，unigene的N50为3，804，SSR分析共获得13，578个SSR标记。进一步利用GO，COG和KEGG数据库对unigene进行注释和功能分析，分别注释29998，17017和25267个基因。并分析了两种切梢小蠹种内和种间处理后的差异表达基因(DEGs)，利用KEGG数据库注释DEGs在昆虫激素合成通路，挖掘出了可能与信息素生物合成调控有关的多个基因:CYP306A1，CYP302A1，CYP314A1，CYP18A1，CYP307A等。　　(6)利用引诱剂反式-马鞭草烯醇和驱避剂马鞭草烯酮在野外进行生物测定，验证“推-拉”防治技术的效果，结果表明横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹的诱捕量显著多于空白对照和控制组。短毛切梢小蠹的诱捕量较少，且各处理间差异不显著。单位面积中诱捕器数量显著影响横坑切梢小蠹和云南切梢小蠹的野外诱捕量，呈负相关。诱捕器的悬挂位置和方式也影响切梢小蠹的诱捕数量，悬挂在树干中、下部能诱集到更多的切梢小蠹。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1切梢小蠹分类单元

1．1．2切梢小蠹的生活史、寄主和分布

1．1．3三种切梢小蠹鉴定特征

1．2切梢小蠹的危害

1．3三种切梢小蠹的时空生态位

1．3．1蛀梢期时空生态位

1．3．2蛀干期时空生态位

1．4小蠹信息化学物质研究概况

1．4．1聚集信息素

1．4．2抗聚集信息素／抑制剂

1．4．3寄主挥发物的作用

1．4．4非寄主挥发物的作用

1．4．5信息素的生物合成及基因调控

1．5切梢小蠹化学生态学综述

1．5．1寄主挥发物及其作用

1．5．2切梢小蠹信息化学物质及行为概述

1．6种内和种间竞争关系及其化学生态学机制

1．6．1资源分配

1．6．2化学生态学机制

1．7小蠹的信息素防治概况

1．8研究的目的和意义

1．9研究的主要内容及技术路线

1．9．1研究的主要内容

1．9．2研究技术路线

第二章三种切梢小蠹竞争共存的空间分布格局及时空生态位

2．1材料与方法

2．1．1实验地概况

2．1．2调查方法

2．1．3分析方法

2．2结果与分析

2．2．1三种切梢小蠹种群危害和分布状况

2．2．2三种切梢小蠢在不同受害云南松林的种群空间格局

2．2．3回归模型分析

2．2．4地统计学分析

2．2．5在蛀干期树冠中三种切梢小蠹成虫时间生态位

2．2．6在蛀干期树冠中三种切梢小蠹成虫空间生态位

2．2．7蛀干期树干中云南松树干中切梢小蠹的分布及其时空生态位

2．3讨论

2．3．1空间分布格局

2．3．2分布规律

2．3．3时间生态位

2．3．4空间生态位

第三章信息化学物质对三种切梢小蠹种内和种间关系的影响

3．1材料和方法

3．1．1虫源的采集

3．1．2化学标准品

3．1．3实验方法

3．1．4数据分析

3．2结果与分析

3．2．1小蠹种内和种间吸引行为

3．2．2小蠹种内和种间趋避行为

3．2．3互作小蠹后肠挥发物对小蠹行为的抑制作用

3．2．4后肠挥发物分析

3．2．5固相微萃取分析

3．2．6浓度剂量反应

3．2．7反式-马鞭草烯醇的高浓度抑制和马鞭草烯酮的趋避行为

3．3讨论

第四章蛀梢期两种切梢小蠹信息化学物质的短距离调节

4．1材料与方法

4．1．1虫源的采集

4．1．2实验方法

4．1．3 GC-MS分析

4．1．4气相色谱与触角电位连用(GC-EAD)分析

4．1．5数据分析

4．2结果与分析

4．2．1种内竞争的最适距离

4．2．2种内竞争影响其他小蠹的距离

4．2．3种内竞争距离对切梢小蠢后肠成分的影响

4．3讨论

第五章信息化学物质合成通路调控两种切梢小蠹竞争共存的转录组分析

5．1材料与方法

5．1．1虫源采集

5．1．2 RNA样本准备

5．1．3总RNA提取、浓度检测和质量分析

5．1．4 cDNA测序文库的构建

5．1．5数据分析

5．2结果与分析

5．2．1两种切梢小蠹转录组测序质量评价及组装结果

5．2．2转录组Unigene的功能注释

5．2．3差异基因分析

5．2．4关键基因分析

5．3讨论

第六章聚集信息素和抗聚集信息素的野外效果验证

6．1材料与方法

6．1．1样地概况

6．1．2实验方法

6．1．3数据分析

6．2结果与分析

6．2．1“推-拉”防治策略野外验证实验

6．2．2诱捕器高度对切梢小蠹诱捕量的影响

6．2．3玉溪三种切梢小蠹检测和诱捕

6．2．4三种不同人工配方引诱剂的验证

6．2．5大理切梢小蠹信息素的监测

6．3讨论

7．1总结

7．2讨论

7．3创新点

7．4展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢